LED點陣廣告牌的設(shè)計

1、電氣與信息工程系課程設(shè)計任務(wù)書10/11學(xué)年 2學(xué)期 11年6月3日專業(yè)電力系統(tǒng)自動化班級電力09-9（1）課程名稱單片機原理設(shè)計題目LED點陣廣告牌設(shè)計指導(dǎo)教師起止時間2011-6-3周數(shù)1設(shè)計地點301設(shè)計目的：通過為期一周的單片機設(shè)計，完成LED點陣廣告牌設(shè)計原理及調(diào)試運行。設(shè)計任務(wù)或主要技術(shù)指標(biāo)：1.設(shè)計一款能顯示不同字符的LED點陣廣告牌；2.設(shè)計不同的字符切換效果（閃爍，靜止，平移等）；3.設(shè)計控制按鈕，可以在不同的效果間切換；*4.（創(chuàng)新功能） 其他功能；設(shè)計進度與要求：1.系統(tǒng)組成，確定，分析，系統(tǒng)框圖，應(yīng)用背景；2.硬件電路設(shè)計及原件清單；3.軟件設(shè)計及系統(tǒng)流程圖；4.仿真調(diào)

2、試；5.參考文獻(xiàn)及總結(jié)；主要參考書及參考資料：1單片機原理及應(yīng)用：C語言版/周國運主編.-北京：中國水利水電出版社，20092全國計算機等級考試二級教程.C語言程序設(shè)計：2010年版/教育部考試中心.-北京：高等教育出版社，2007.8（2009重?。┙萄惺抑魅危ê灻?系（部）主任（簽名） 年 月 日課程設(shè)計評定意見設(shè)計題目： LED點陣廣告牌設(shè)計 學(xué)生姓名： 王金濤 專業(yè) 電力系統(tǒng)自動化 班級 電力09-9-(1) 評定意見：評定成績： 指導(dǎo)教師（簽名）： 年 月 日評定意見參考提綱：1.學(xué)生完成的工作量與內(nèi)容是否符合任務(wù)書的要求。2.學(xué)生的勤勉態(tài)度。3.設(shè)計或說明書的優(yōu)缺點，包括：學(xué)生對

3、理論知識的掌握程度、實踐工作能力、表現(xiàn)出的創(chuàng)造性和綜合應(yīng)用能力等。摘要本設(shè)計使用AT89C51系列高速單片機作為主控制模塊，利用簡單的外圍電路來驅(qū)動16×16的點陣LED顯示屏。利用AT89C51系列高速單片機本身強大的功能，可以很方便的實現(xiàn)單片機與PC機間的數(shù)據(jù)傳輸及存儲，并能利用軟件方便的進行顯示內(nèi)容的多樣變化，另一方面點陣顯示廣告牌廣泛的應(yīng)用于醫(yī)院、機場、銀行等公共場所，所以本設(shè)計具有很強的現(xiàn)實應(yīng)用性。本LED顯示廣告牌能夠以動態(tài)掃描的方式同時顯示4個16×16點陣漢字，并能通過上位機軟件修改顯示內(nèi)容和顯示效果等等。把字符內(nèi)碼存儲在空閑的單片機程序存儲器空間，使本LE

4、D顯示系統(tǒng)能掉電存儲1024個字符。設(shè)計中采用了SPI接口的GB2312標(biāo)準(zhǔn)字庫，支持所有的國標(biāo)字符和ASCII標(biāo)準(zhǔn)字符的顯示。因為采用串行傳輸方式，使本系統(tǒng)的可擴展性得到提升，便于多個顯示單元的級聯(lián)。本文從LED的顯示原理入手，詳細(xì)闡述了LED動態(tài)顯示的過程，以及硬件電路的設(shè)計、計算和軟件的算法。關(guān)鍵詞：動態(tài)顯示；單片機；點陣字庫目錄1 LED概述11.1 LED電子顯示屏概述12 顯示原理及控制方式分析22.1 LED點陣模塊結(jié)構(gòu)22.2 LED 動態(tài)顯示原理32.3 LED常見的控制方式43 系統(tǒng)硬件概述53.1單片機簡介53.1.1 單片機概念63.1.2 單片機的發(fā)展史63.1.3單

5、片機的特點73.1.4主控單片機的接口說明73.2 74HC一三8譯碼器83.3 16×16LED點陣顯示制作93.3.1 16×16LED點陣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理93.3.2 用8×8LED點陣構(gòu)成16×16LED點陣103.4 LED顯示驅(qū)動電路114 字模生成一三4.1 字模簡介一三4.1.1 LED顯示屏領(lǐng)域字模實現(xiàn)技術(shù)一三4.1.2 軟件控制系統(tǒng)字模提取的分析與設(shè)計一三4.2 字模存儲技術(shù)144.3 字庫生成一五5軟件設(shè)計165.1 程序設(shè)計總體思路和結(jié)構(gòu)165.1.1 程序設(shè)計總體思路165.1.2 程序流程圖165.2 各模塊程序設(shè)計175

6、.2.1 系統(tǒng)初始化程序：175.2.2 LED動態(tài)顯示一八5.2.3 字符顯示的原理195.3系統(tǒng)功能測試195.3.1 單元模塊電路測試195.3.2 系統(tǒng)整體功能測試19總結(jié)21致謝22附錄A23附錄B24參考文獻(xiàn)34LED點陣廣告牌設(shè)計1 LED概述1.1 LED電子顯示屏概述LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，簡稱LED，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在

7、它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N興辦導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。多個 LED發(fā)光燈組成固定的字符或圖形進行顯示，即形成LED點陣圖文顯示屏。其主要特征是只控制LED點陣中各發(fā)光器件的通斷（發(fā)光或熄滅），而不控制LED的發(fā)光強弱。LED點陣的漢字顯示方式是先根據(jù)所需要的漢字提取漢字點陣（如16×16 點陣），將點陣文件存入ROM，形成新的漢字編碼；而在使用時則需要先根據(jù)新的漢字編碼組成語句，再由M

8、CU根據(jù)新編碼提取相應(yīng)的點陣進行漢字顯示。LED點陣顯示具有如下特點：（1） 電壓：LED使用低壓電源，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，所以它是一種比使用高壓電源更安全的電源。（2） 效能：消耗能量比同光效的白熾燈減少80%。（3） 適用性：每個單元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制備成各種形狀的器件，并且適合于易變的環(huán)境。（4） 穩(wěn)定性：10萬小時，光衰為初始的50%。（5） 響應(yīng)時間：其白熾燈的響應(yīng)時間為毫秒級，LED燈的響應(yīng)時間為納秒級。（6） 對環(huán)境污染：無有害金屬汞。（7） 顏色：改變電流可以變色，發(fā)光二極管方便地通過化學(xué)修飾方法，調(diào)整材料的能帶結(jié)構(gòu)和帶隙，實現(xiàn)紅

9、黃綠蘭橙多色發(fā)光。由于LED的眾多優(yōu)勢，在市場中得到了廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用領(lǐng)域有：（1）、信號指示應(yīng)用：信號照明是LED單色光應(yīng)用比較廣泛也是比較早的一個領(lǐng)域，約占LED應(yīng)用市場的4%左右。（2）、顯示應(yīng)用：指示牌、廣告牌、大屏幕顯示等， LED用于顯示屏幕的應(yīng)用約占LED應(yīng)用的20%25%，顯示屏幕可分為單色和彩色。（3）、照明應(yīng)用：便攜燈具，汽車用燈，特殊照明。由于LED尺寸小，便于動態(tài)的亮度和顏色控制，因此比較適合用于建筑裝飾照明。背光照明：普通電子設(shè)備功能顯示背光源、筆記本電腦背光源、大尺寸超大尺寸LCD顯示器背光源等。以及投影儀用RGB光源。LED電子顯示屏（Light Emitti

10、ng Diode Panel）是由幾百-幾十萬個半導(dǎo)體發(fā)光二極管構(gòu)成的像素點，按矩陣均勻排列組成。利用不同的半導(dǎo)體材料可以制造不同色彩的LED像素點。目前應(yīng)用最廣的是紅色、綠色、黃色。而藍(lán)色和純綠色LED的開發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實用階段。 LED顯示屏是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的亮度的方式，來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄像信號等各種信息的顯示屏幕。 LED顯示屏的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高氣候耐受性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性，可靠性、全色化方向發(fā)展。1.2 LED電子顯示屏的分類按顏色分類：單基色顯示屏:單一顏色（紅色或綠色）。雙基色顯示屏：紅和綠雙基色，25

11、6級灰度、可以顯示65536種顏色。全彩色顯示屏：紅、綠、藍(lán)三基色，256級灰度的全彩色顯示屏可以顯示一千六百多萬種顏色。按顯示器件分類： LED數(shù)碼顯示屏：顯示器件為7段碼數(shù)碼管，適于制作時鐘屏、利率屏等，顯示數(shù)字的電子顯示屏。LED點陣圖文顯示屏：顯示器件是由許多均勻排列的發(fā)光二極管組成的點陣顯示模塊，適于播放文字、圖像信息。2 顯示原理及控制方式分析2.1 LED點陣模塊結(jié)構(gòu)八十年代以來出現(xiàn)了LED點陣組合型模塊，以發(fā)光二極管為像素，它用高亮度發(fā)光二極管芯陣列組合后，環(huán)氧樹脂和塑模封裝而成。這種一體化封裝的點陣LED模塊，具有高亮度、引腳少、視角大、壽命長、耐濕、耐冷熱、耐腐蝕等特點。L

12、ED點陣規(guī)模常見的有4×4、4×8、5×7、5×8、8×8、16×16等等。根據(jù)像素顏色的數(shù)目可分為單色、雙基色、三基色等。像素顏色不同，所顯示的文字、圖象等內(nèi)容的顏色也不同。單色點陣只能顯示固定色彩如紅、綠、黃等單色，雙基色和三基色點陣顯示內(nèi)容的顏色由像素內(nèi)不同顏色發(fā)光二極管點亮組合方式?jīng)Q定，如紅綠都亮?xí)r可顯示黃色，如果按照脈沖方式控制二極管的點亮?xí)r間，則可實現(xiàn)256或更高級灰度顯示，即可實現(xiàn)真彩色顯示。圖2.1示出最常見的8×8單色LED點陣顯示器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和外型規(guī)格，其它型號點陣的結(jié)構(gòu)與引腳可試驗獲得。 圖2.1

13、8×8單色LED模塊內(nèi)部電路LED點陣顯示器單塊使用時，既可代替數(shù)碼管顯示數(shù)字，也可顯示各種中西文字及符號如5x7點陣顯示器用于顯示西文字母5×8點陣顯示器用于顯示中西文，8x8點陣可以用于顯示簡單的中文文字，也可用于簡單圖形顯示。用多塊點陣顯示器組合則可構(gòu)成大屏幕顯示器，但這類實用裝置常通過PC機或單片機控制驅(qū)動。2.2 LED 動態(tài)顯示原理LED點陣顯示系統(tǒng)中各模塊的顯示方式： 有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種。靜態(tài)顯示原理簡單、控制方便，但硬件接線復(fù)雜，在實際應(yīng)用中一般采用動態(tài)顯示方式，動態(tài)顯示采用掃描的方式工作，由峰值較大的窄脈沖電壓驅(qū)動，從上到下逐次不斷地對顯示屏的各行進行選

14、通，同時又向各列送出表示圖形或文字信息的列數(shù)據(jù)信號，反復(fù)循環(huán)以上操作，就可顯示各種圖形或文字信息。點陣式LED漢字廣告屏絕大部分是采用動態(tài)掃描顯示方式，這種顯示方式巧妙地利用了人眼的視覺暫留特性。將連續(xù)的幾幀畫面高速的循環(huán)顯示，只要幀速率高于24幀/秒，人眼看起來就是一個完整的，相對靜止的畫面。最典型的例子就是電影放映機。在電子領(lǐng)域中，因為這種動態(tài)掃描顯示方式極大的縮減了發(fā)光單元的信號線數(shù)量，因此在LED顯示技術(shù)中被廣泛使用。以8×8點陣模塊為例，說明一下其使用方法及控制過程。圖2.1中，紅色水平線Y0、Y1Y7叫做行線，接內(nèi)部發(fā)光二極管的陽極，每一行8個LED的陽極都接在本行的行線

15、上。相鄰兩行線間絕緣。同樣，藍(lán)色豎直線X0、X1X7叫做列線，接內(nèi)部每列8個LED的陰極，相鄰兩列線間絕緣。在這種形式的LED點陣模塊中，若在某行線上施加高電平（用“1”表示），在某列線上施加低電平（用“0”表示）。則行線和列線的交叉點處的LED就會有電流流過而發(fā)光。比如，Y7為1，X0為0,則右下角的LED點亮。再如Y0為1，X0到X7均為0，則最上面一行8個LED全點亮?，F(xiàn)描述一下用動態(tài)掃描顯示的方式，顯示字符“B”的過程。其過程如圖2.2圖2.2 用動態(tài)掃描顯示字符“B”的過程2.3 LED常見的控制方式目前常見的是并行傳輸方式，通過8位鎖存器將8位總線上的列數(shù)據(jù)進行鎖存顯示，各8位鎖存

16、器的片選信號由譯碼器提供。此種方式的優(yōu)點是傳輸速度快，對微控制器（MCU）的通信速度要求較低。但是這種方案最大的缺點是不便于隨意擴展顯示單元的數(shù)目。每增加一個16×16點陣的全角漢字顯示單元，就需要在之前的電路上多增加兩根地址線，這就要求在PCB布線的時候要留有充足的地址線冗余量。再一個缺點是，每個單元的PCB隨著安放位置的不同，布線結(jié)構(gòu)也不相同，不利于廠家批量生產(chǎn)。并行傳輸需要的芯片較多，因此市場上已經(jīng)出現(xiàn)用FPGA,CPLD等高密度可編程邏輯器件（PLD）來取代傳統(tǒng)鎖存器IC的方案。成本有所下降，但可擴展性仍舊較差。因此，并行傳輸方式適用于顯示單元數(shù)目確定的條屏。隨著廣告屏顯示內(nèi)

17、容的多媒體化，對控制器傳輸速度，運算能力的要求越來越高。因此控制器的種類也在不斷發(fā)展以適應(yīng)要求，從最初的8051單片機，到PIC單片機，又到FPGA，直到現(xiàn)在的ARM處理器。不同功能檔次的廣告屏對應(yīng)著不同的處理器。一以傳統(tǒng)8051單片機為控制器的LED顯示屏。因受到單片機運算速度及通信速率的限制，LED動態(tài)顯示的刷新率不可能做得太高。對顯示效果和移動算法的處理也比較吃力，在實際顯示效果上有比較明顯的閃爍感。除此之外，傳統(tǒng)8051單片機的內(nèi)部資源貧乏，僅128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器，幾K字節(jié)的程序存儲器，無E2PROM，SPI。這就需要對單片機擴展外設(shè)，無疑增加了硬件成本。因此，8051控制的條屏只能

18、用于顯示內(nèi)容及其簡單，不需要經(jīng)常更改顯示內(nèi)容的場合。二以PIC單片機為控制器的LED顯示屏。因PIC單片機是RISC架構(gòu)的工業(yè)專用單片機，處理指令的速度有所增加，抗干擾能力優(yōu)秀，型號種類繁多。作為條屏的控制器，可以明顯的改善顯示效果，同時PIC單片機內(nèi)部的資源較豐富，可節(jié)省外部電路設(shè)計難度，同時降低了硬件成本。因此，以PIC單片機為控制器的條屏目前仍是單色條屏市場的主流。三以FPGA（復(fù)雜可編程邏輯門陣列）為控制器的LED顯示屏。FPGA以高速、并行著稱。是近年來新興的可編程邏輯器件。用他作為LED顯示屏的控制器，能夠高速的處理色階PWM信號、高速的完成動態(tài)掃描邏輯、高速的完成字符移動算法。因

19、此被運用于雙基色、三基色的顯示系統(tǒng)。但是其成本較高，開發(fā)難度較大。四以ARM（32位RISC架構(gòu)高性能微處理器）為控制器的LED顯示屏。ARM有著極高的指令效率，極高的時鐘頻率。因此其運算能力非常強大，內(nèi)部資源也十分豐富，極大的簡化了硬件設(shè)計的難度，縮短了開發(fā)周期。在條屏的運用中，能用ARM來實現(xiàn)花樣繁多的顯示方式，以及高色階，多像素的全彩屏驅(qū)動。ARM與FPGA的組合更是功能強大，除了海量存儲技術(shù)，無線更新技術(shù)外，還能實時地顯示視頻信號。因此，以ARM為控制器的顯示屏常為視頻全彩屏。3 系統(tǒng)硬件概述整個電路由單片機89C51，4個74HC一三8,1個16×16的LED組成。該電路所

20、設(shè)計的電子屏可顯示多個字符。3.1單片機簡介AT89C51是一種帶4KB可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51引腳即外觀如圖3.1所示。圖3.1 AT89C51的管腳圖3.1.1 單片機概念單片機全稱為單片機微

21、型計算機（Single Chip Microsoftcomputer)。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，單片機主要用來控制，所以又稱為微控制器（Microcontroller Unit）或嵌入式控制器。單片機是將計算機的基本部件微型化并集成在一塊芯片上的微型計算機。3.1.2 單片機的發(fā)展史1975年，美國德克薩斯儀器公司首次推出4位單片機TMS-1000；此后，各個計算機公司競相推出四位單片機。日本松下公司的MN1400系列，美國洛克威爾公司的PPS/1系列等。四位單片機的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：PC機的輸入裝置，電池充電器，運動器材，帶液晶顯示的音/視頻產(chǎn)品控制器，一般家用電器的控制及遙控器，電子玩具，鐘表，計算

22、器，多功能電話等。 1972年，美國Intel公司首先推出8位微處理器8008，并于1976年9月率先推出MCS-48系列單片機。在這以后，8位單片機紛紛面市。例如，莫斯特克和仙童公司合作生產(chǎn)的3870系列，摩托羅拉公司生產(chǎn)的6801系列等。隨著集成電路工藝水平的提高，一些高性能的8位單片機相繼問世。例如，1978年摩托羅拉公司的MC6801系列及齊洛格公司的Z8系列，1979年NEC公司的UPD78XX系列。這類單片機的尋址能力達(dá)64KB，片內(nèi)ROM容量達(dá)4-8KB，片內(nèi)除帶有并行IO口外，還有串行IO口，甚至還有AD轉(zhuǎn)化器功能。8位單片機由于功能強，被廣泛用于自動化裝置、智能儀器儀表、智能

23、接口、過程控制、通信、家用電器等各個領(lǐng)域。1983年以后，集成電路的集成度可達(dá)幾十萬只管/片，各系列16位單片機紛紛面市。這一階段的代表產(chǎn)品有1983年Intel公司推出的MCS-96系列，1987年Intel推出了80C96，美國國家半導(dǎo)體公司推出的HPC16040，NEC公司推出的783XX系列等。16位單片機主要用于工業(yè)控制，智能儀器儀表，便攜式設(shè)備等場合。20世紀(jì)80年代末推出了32位單片機，如Motorlora公司的MC683XX系列，Intel的80960系列，以及近年來流行的ARM系列單片機。32位單片機是單片機的發(fā)展趨勢，隨著技術(shù)的發(fā)展及開發(fā)成本和產(chǎn)品價格的下降。近年來，64位

24、單片機在引擎控制，智能機器人，磁盤控制，語音圖像通信，算法密集的實時控制場合已有應(yīng)用，如英國Inmos公司的Transputer T800是高性能的64位單片機。3.1.3單片機的特點 1）單片機的存儲器ROM和RAM時嚴(yán)格區(qū)分的。ROM稱為程序存儲器，只存放程序，固定常數(shù)，及數(shù)據(jù)表格。RAM則為數(shù)據(jù)存儲器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。2）采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制需要，單片機有更強的邏輯控制能力，特別是單片機具有很強的位處理能力。3）單片機的I/O口通常時多功能的。由于單片機芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實際引腳數(shù)和需要的信號線的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法，引腳處于何種功能，可由指令

25、來設(shè)置或由機器狀態(tài)來區(qū)分。 3.1.4主控單片機的接口說明P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)制用口，作為輸入口時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口寫入“1可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，PO口接收指令節(jié)，而在程序校檢時，輸出指令字節(jié)，校檢時，要求外接上拉電阻。P1口：P1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，

26、此時可作輸入口，作輸入口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。Flash編程和程序校檢期間，P1接收低8位地址。P2口:P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流I。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲（例如執(zhí)行MOVXxDPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVXxRI指令）時，P2口線上的內(nèi)容（也即特殊

27、功能寄存器（SFR）區(qū)中R2寄存器的內(nèi)容），在整個訪問期間不改變。Flash編程和校檢時，P2亦接收高位地址和其他控制信號。P3口：P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作輸入端口，作輸入端時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻，輸出電流I。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校檢的控制信號。RST:復(fù)位輸入，當(dāng)震蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時,ALE(地址鎖存允許）輸出脈沖用于所存

28、地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE乃以時鐘振動頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是:每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。3.2 74HC一三8譯碼器譯碼器是組合邏輯電路的一個重要的器件，74HC一三8的輸出是低電平有效，故實現(xiàn)邏輯功能時，輸出端不可接或門及或非門，74HC一三8與前面不同，其有使能端，故使能端必須加以處理，否則無法實現(xiàn)需要的邏輯功能。發(fā)光二極管點亮只須使其正向?qū)纯桑鶕?jù)LED的公共極是陽極還是陰極分為兩類譯碼器，即針對共陽極的低電平有效的譯碼器；針對共陰極LED的高電平輸出有效的譯碼器。74HC一三8譯碼器管

29、腳如圖3.2所示。圖3.23.3 16×16LED點陣顯示制作3.3.1 16×16LED點陣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理以UCDOS中文宋體字庫為例，每一個字由16行16列的點陣組成顯示。即國家標(biāo)準(zhǔn)漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個像素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字，也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形。這里我們以“高”字說明，如圖3.3所示。圖3.3 16*16LED漢字顯示用8位的AT89C51單片機控制，由于單片機的總線為8位，一個字需要拆分為2個部分。一般把它拆分為上部和下部，上部由8×1

30、6點陣組成，下部也由8×16點陣組成。在本例中單片機首先顯示的是左上角的第一列的上半部分，即第0列的p00p07口。方向為p00到p07 ,顯示漢字“高”時,p02點亮,由上往下排列,為p0.0 滅，p0.1 滅, p0.2 滅, p0.3 滅, p0.4 滅, p0.5 亮,p0.6滅,p0.7 滅。即二進制00000100，轉(zhuǎn)換為16進制為 04h。上半部第一列完成后，繼續(xù)掃描下半部的第一列，為了接線的方便，我們?nèi)栽O(shè)計成由上往下掃描，即從p27向p20方向掃描，從上圖可以看到，這一列全部為不亮，即為00000000，16進制則為00h。然后單片機轉(zhuǎn)向上半部第二列，仍為p01點亮，

31、為00000100，即16進制04h.這一列完成后繼續(xù)進行下半部分的掃描，p20點亮，為二進制00000010，即16進制02h.依照這個方法，繼續(xù)進行下面的掃描，一共掃描32個8位，可以得出漢字“高”的掃描代碼為02h，00h，01h, 04h,0FFh,0FEh, 00h,00h，1Fh,0F0h, 10h, 10h, 10h, 10h, 1Fh,0F0h，00h, 04h, 7Fh,0FEh, 40h, 04h, 4Fh,0E4h，48h, 24h, 48h, 24h, 4Fh,0E4h, 40h, 0Ch。由這個原理可以看出，無論顯示何種字體或圖像，都可以用這個方法來分析出它的掃描代碼

32、從而顯示在屏幕上。不過現(xiàn)在有很多現(xiàn)成的漢字字模生成軟件，就不必自己去畫表格算代碼了。3.3.2 用8×8LED點陣構(gòu)成16×16LED點陣Proteus中只有5×7和8×8等LED點陣，并沒有16×16LED點陣，而在實際應(yīng)用中，要良好地顯示一個漢字，則至少需要16×16點陣。下面我們就首先介紹使用8×8點陣構(gòu)建16×16點陣的方法，并構(gòu)建一塊16×16LED點陣，用于本例的顯示任務(wù)。首先，從Proteus7.1的元件庫中找到“MATRIX-8X8-RED”元器件，并將四塊該元器件放入Proteus文檔區(qū)

33、編輯窗口中。此時需要注意,如果該元器件保持初始的位置（沒有轉(zhuǎn)動方向），我們要首先將其左轉(zhuǎn)90°，使其水平放置，那么此時它的左面8個引腳是其行線，右邊8個引腳是其列線（當(dāng)然，如果你是將右轉(zhuǎn)，則右邊8個引腳是行線）。然后我們將四個元器件對應(yīng)的行線和列線分別進行連接，使每一條行線引腳接一行16個LED，列線也相同。并注意要將行線和列線引出一定長度的引腳，以便下面我們使用。連接好的16×16點陣如圖3.4所示。圖3.4 點陣模塊組合成如下圖的16×16點陣只是第一步，這樣分開的數(shù)塊并不能達(dá)到好的顯示效果,下面我們要將其進一步組合。組合實際上很簡單，首先選中如上圖中右側(cè)的兩

34、塊8×8點陣，然后拖動并使其與左側(cè)的兩塊相并攏，如圖3.5所示。圖3.5可以看到原來的連線已經(jīng)自動隱藏了，至于線上的交點，我們不要去動。然后，我們再來最后一步，選中下側(cè)的兩塊點陣，并拖動使其與上側(cè)的兩塊并攏,最后的效果如圖3.6所示。看到,原來雜亂的連線現(xiàn)在已經(jīng)幾乎全部隱藏了，一塊16×16的LED點陣做成了。需要注意，做成的LED點陣的行線為左側(cè)的16個引腳，下側(cè)的16個引腳為其列線，而且其行線為高電平有效，列線為低電平有效。然后，我們將其保存，以便以后使用。圖3.63.4 LED顯示驅(qū)動電路LED顯示驅(qū)動電路如圖3.7所示。圖3.7 顯示驅(qū)動電路圖4 字模生成4.1 字

35、模簡介文字的字模是一組數(shù)字，但它的意義卻與數(shù)字的意義有著根本的變化，它是用數(shù)字的各位信息來記載英文或漢字的形狀1。在電腦硬件中，根本沒有漢字這個概念，也沒有英文的概念，其認(rèn)識的概念只有內(nèi)碼(將ASCII表的高128個很少用到的數(shù)值以兩個為一組來表示漢字，即漢字的內(nèi)碼。而剩下的低128位則留給英文字符使用，即英文的內(nèi)碼)。如果你用啟動盤啟動系統(tǒng)后用DIR命令可能得到一串串莫名其妙的字符，但那確確實實是漢字，如果你啟動UCDOS或其他的漢字系統(tǒng)后，就會看到那是一個個熟悉的漢字。在硬件系統(tǒng)內(nèi)，英文的字模信息一般固化在ROM里，即使在沒有進入系統(tǒng)的CMOS里，也可以讓你看到英文字符。而在DOS下，中文

36、的字模信息一般記錄在漢字庫文件里(將制作好的字模放到一個個標(biāo)準(zhǔn)的庫中，這就是點陣字庫文件)。4.1.1 LED顯示屏領(lǐng)域字模實現(xiàn)技術(shù)在通過軟件實現(xiàn)的技術(shù)中，目前有許多字模生成軟件，軟件打開后輸入漢字，點“檢取”，十六進制數(shù)據(jù)的漢字代碼即可自動生成，把我們所需要的豎排數(shù)據(jù)復(fù)制到我們的程序中即可。在通過硬件實現(xiàn)字模提取的技術(shù)中，有在單片機系統(tǒng)中增加硬漢字庫的方法，主控器發(fā)送的漢字是其機內(nèi)碼，用兩個字節(jié)來表示一個漢字。根據(jù)機內(nèi)碼，顯示單元控制模塊從漢字庫中查取顯示字模，實現(xiàn)漢字顯示。由于帶有硬漢字庫，進行動態(tài)文字顯示時，通用智能顯示單元僅接受漢字的機內(nèi)碼即可，這樣數(shù)據(jù)通訊量大大減少。因此，“動態(tài)文字

37、顯示速度快”。4.1.2 軟件控制系統(tǒng)字模提取的分析與設(shè)計而在LED顯示屏控制系統(tǒng)具體應(yīng)用的Windows操作系統(tǒng)下如何提取字模信息是設(shè)計的核心。軟件控制系統(tǒng)在實際編輯過程中，要求各種字體、字號的文字都能被編輯、保存。所以系統(tǒng)在設(shè)計時，把文本區(qū)理解為由眾多的象素點構(gòu)成，而把不同字體、字號的文字理解為一幅圖像。因為所開啟的文本區(qū)大小與LED顯示屏的大小對應(yīng)，所以采用16×16點陣為單位，把文本區(qū)內(nèi)的每個像素點都看成一個二維數(shù)組，由于系統(tǒng)中各種顏色都有對應(yīng)的值，賦予每個不同顏色的像素點不同的對應(yīng)值，再把每個點賦予一個int型的值，這樣保存下來的信息就是二進制數(shù)據(jù)。通過這樣的設(shè)計，我們不僅

38、可以把任何字型，任何大小的文字保存下來，還可以顯示以256個像素點陣為單位的任何圖形。在軟件控制系統(tǒng)中實現(xiàn)字模的提取，也就避免了在單片機中加載硬漢字庫模塊，從而簡化了硬件模塊的設(shè)計。以下以單色屏為例，介紹系統(tǒng)采用字模保存的算法設(shè)計：定義COLORREF zimo color為像素點的顏色，判斷某個點的顏色值。如果值為0xffffff，說明此點為白色，賦予此點值0。由于單色屏只有紅色和不顯色兩種，所以可以簡單賦值為除白色外其余點賦值為1CClientDC dc(this); CFile myfile;unsigned int zimo192 384=0;unsigned char zimo_da

39、ta19248=0; COLORREF zimo_color; int row, col ; this ->HideCaret(); for (row=0;row<192;row+) for (col=0;col<384;col+) zimo_color=do.GetPixel (col, row); if (zimo color = =Oxffffff) zimo row col=0;else zimo row col=1;定義unsigned int zimo192384=0;/文本區(qū)像素點以8位為一字節(jié)(因為在隨后的串行通訊中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是8位的二進制數(shù)據(jù))定義 uns

40、igned char zimo_data19248=04.2 字模存儲技術(shù)目前使用最廣泛的技術(shù)是，通過上位機軟件將待顯示的字符串轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的點陣字模數(shù)據(jù)，通過燒寫的方式將這些字模數(shù)據(jù)按一定的順序編址后存儲在E2PROM中。在條屏顯示的過程中按規(guī)定的方式取出E2PROM中的字模數(shù)據(jù)進行處理。對于一個16×16點陣的漢字字模數(shù)據(jù)，需要連續(xù)32字節(jié)的E2PROM空間來存儲。照此計算，若有256個需要顯示的字符，則至少需要32B×256=8192字節(jié)（8KB）的E2PROM存儲空間。通常的單片機內(nèi)部沒有集成這么大容量的E2PROM。因此這種方案，需要在單片機外部擴展大容量的E2PR

41、OM，增加硬件成本。上位機程序設(shè)計由于涉及到漢字取模，取模算法的難度較大。在多字下載的時候傳輸時間也較長。諸多弊端使本設(shè)計放棄了傳統(tǒng)方案。而本設(shè)計創(chuàng)新使用了專用的點陣字庫芯片，成本僅為8元，內(nèi)含各種點陣規(guī)格的GB2312、ASCII等標(biāo)準(zhǔn)字庫。專用字庫芯片采用微型SO-8封裝，使用高速同步串行SPI接口進行讀寫操作，節(jié)省了控制器的I/O。在本設(shè)計中，單片機內(nèi)部的小容量E2PROM，用于存儲待顯示漢字的GB2312標(biāo)準(zhǔn)機內(nèi)碼，每個全角字符的內(nèi)碼占2字節(jié)，則在同樣需要顯示256個漢字的情況下，這種方案僅占用512字節(jié)的E2PROM空間4.3 字庫生成因為本設(shè)計中為行掃描，列輸入，所以“魏”的自摸代

42、碼為：DB 49H,40H,4AH,51H,4CH,6AH,7FH,0C4H,4CH,4AH,8AH,71H,88H,42H,3FH,84HDB64H,98H,0A5H,0E0H,3EH,0BEH,24H,81H,24H,89H,7FH,81H,20H,07H,00H,00“佳”字代碼為：DB 01H,00H,02H,00H,04H,00H,1FH,0FFH,0E2H,02H,12H,22H,12H,22H,12H,22HDB 12H,22H,0FFH,0FEH,12H,22H,12H,22H,32H,62H,16H,26H,02H,02H,00H,00H5軟件設(shè)計5.1 程序設(shè)計總體思路和結(jié)

43、構(gòu)5.1.1 程序設(shè)計總體思路用c語言程序設(shè)計，實現(xiàn)LED點陣顯示內(nèi)容，并使顯示的內(nèi)容在屏幕上從左到右的滾動顯示。系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，包括主程序、延時程序、顯示子程序和串行口中斷程序。用AT89C51、74HC一三8芯片和1個16×16LED點陣顯示器構(gòu)成一個完整的16位點陣LED顯示系統(tǒng)。5.1.2 程序流程圖主要由開始、初始化、主程序、字庫組成。其中主程序和子程序的流程圖如圖5.1所示。圖5.1 單片機漢字顯示程序流程圖5.2 各模塊程序設(shè)計5.2.1 系統(tǒng)初始化程序：#include <reg52.h>#define int8 unsigned char#defin

44、e int16 unsigned int#define int32 unsigned longsbit SW1=P10;sbit SW2=P11;sbit SW3=P12;sbit SW4=P13;sbit SW5=P14;5.2.2 LED動態(tài)顯示顯示要求字符在顯示屏上按從右到左的順序一個個的出現(xiàn)。設(shè)計時可采用如下方法：首先將LED顯示屏對應(yīng)的顯示緩沖區(qū)全部清零，即 LED顯示空白，然后每間隔一個“軟定時器”設(shè)定的動態(tài)顯示時間，顯示緩沖區(qū)依次加入一個字符點陣數(shù)據(jù)并進行掃描顯示，這樣就可達(dá)到動態(tài)顯示的效果。實現(xiàn)LED從右向左移動顯示程序：if(SW5_FLAG=1&&SW5_O

45、VER=0) for (i=0;i<8;i+) /顯示左半邊屏幕 P0=*(u+offset+2*i); P2=i|0x08; /P2.4=0,P2.3=1 選中U2, 輸出掃描碼給U6 delay_ms(); P0=*(u+offset+2*i+1); P2=i|0x10; /P2.4=1,P2.3=0 選中U3, 輸出掃描碼給U7 delay_ms(); for (i=8;i<16;i+) /顯示右半邊屏幕 P0=*(u+offset+2*i); P2=(i-8)|0x20; /P2.5=1 P2.4=0, P2.3=0 選中U4,輸出掃描碼U8 delay_ms(); P0=

46、*(u+offset+2*i+1); P2=(i-8)|0x40; /P2.6=1 P2.5=0, P2.4=0 選中U5,輸出掃描碼U9 delay_ms(); if(SW1=0&&SW1_OVER=0) SW1_FLAG=1;if(SW1=1) SW1_FLAG=0; SW1_OVER=0;if(SW1_FLAG=1&&SW1_OVER=0) for (i=0;i<8;i+) /顯示左半邊屏幕 P0=*(p+offset+2*i); P2=i|0x08; /P2.4=0,P2.3=1 選中U2, 輸出掃描碼給U6 delay_ms(); P0=*(p+

47、offset+2*i+1); P2=i|0x10; /P2.4=1,P2.3=0 選中U3, 輸出掃描碼給U7 delay_ms(); for (i=8;i<16;i+) /顯示右半邊屏幕 P0=*(p+offset+2*i); P2=(i-8)|0x20; /P2.5=1 P2.4=0, P2.3=0 選中U4,輸出掃描碼U8 delay_ms(); P0=*(p+offset+2*i+1); P2=(i-8)|0x40; /P2.6=1 P2.5=0, P2.4=0 選中U5,輸出掃描碼U9 delay_ms(); 5.2.3 字符顯示的原理我們以中文宋體字庫為例，每一個字由16行1

48、6列的點陣組成顯示。即國標(biāo)漢字庫中的每一個字均由256點陣來表示。我們可以把每一個點理解為一個像素，而把每一個字的字形理解為一幅圖像。事實上這個漢字屏不僅可以顯示漢字， 也可以顯示在256像素范圍內(nèi)的任何圖形。LED點陣漢字顯示程序（見附錄B） 5.3系統(tǒng)功能測試5.3.1 單元模塊電路測試在proteus仿真軟件中運行測試AT89C51、74HC一三8、等芯片和LED顯示器均能正常運行并完整的顯示出了我所要的效果。所以各個模塊功能正常。5.3.2 系統(tǒng)整體功能測試在仿真軟件proteus中運行測試系統(tǒng)整體功能，一切正常。實現(xiàn)了漢字、數(shù)字、字母、自定義圖形的左移滾動顯示如圖5.2所示。圖5.2

49、 單片機顯示系統(tǒng)測試圖總結(jié)在本設(shè)計中我用c語言編程在LED顯示屏中實現(xiàn)了漢字、數(shù)字、字母、自定義圖形的左移滾動顯示。在設(shè)計中采用的芯片有AT89C51、74HC一三8和1個16×16LED點陣顯示器。其特點：1.內(nèi)容能從右向左浮動顯示。2.硬件結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛。3.LED數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示，工作效率高，價格低廉等。通過本次(16×16位點陣LED)的設(shè)計，理論知識學(xué)習(xí)和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識解決實際工程問題的能力，同時也提通過這個為期一周的單片機實訓(xùn)使我對AT89C51單片機有了更一層深入的了解，加強了動手實踐能力。在這次實訓(xùn)中雖然也遇到了各種

50、困難，但是通過小組成員的努力，大家一起才能完成設(shè)計，同時結(jié)合實踐進一步鞏固了課本上的理論知識，將學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)知識又加深了一遍，同時認(rèn)識到我們所學(xué)的知識還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們需要不斷學(xué)習(xí)提升自己的能力，不僅僅是動手能力，還有編程能力和考慮問題的全面性方面。通過這次設(shè)計我們有了更深的認(rèn)識,只有在設(shè)計制作的過程中不斷的學(xué)習(xí)才能有更新的進步.不論在什么地方,什么崗位我門都要以學(xué)為主.學(xué)以學(xué)以置用.才能把我們的工作做的更好。致謝在完成此設(shè)計過程中，我們小組多次得到指導(dǎo)老師指導(dǎo)，提供給我支持和幫助，這是我能完成這次報告的主要原因，更重要的是老師幫我解決了許多技術(shù)上的難題，讓我把系統(tǒng)做的更加完善。在此期間，

51、我不僅學(xué)到了許多新的知識，而且也開闊了視野，提高了自己的設(shè)計能力。其次，我要感謝幫助過我的同學(xué)，他們?yōu)槲医鉀Q了不少我不太明白的設(shè)計的難題。同時也感謝學(xué)校為我提供良好的做設(shè)計的環(huán)境。最后再一次感謝所有在設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)。附錄A元件清單名稱型號數(shù)量單片機AT89C511芯片74HC一三84電阻RES5按鍵BUTTON5點陣16*161排阻RESPACK1附錄B源程序代碼：#include <reg52.h>#define int8 unsigned char#define int16 unsigned int#define int32 unsigned longsbi

52、t SW1=P10;sbit SW2=P11;sbit SW3=P12;sbit SW4=P13;sbit SW5=P14;code table132=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x98,0x1f,0x84,0x10,0x04,0x11,0x04,0x11,0x88,0x10,0x70,0x10,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*5*/ 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xe0,0x0

53、0,0x20,0x03,0x24,0x04,0x24,0x08,0xfc,0x1f,0x24,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*4*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x一八,0x0c,0x04,0x10,0x04,0x11,0x04,0x11,0x88,0x12,0x70,0x0c,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*3*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0

54、0,0x00,0x00,0x00,0x00,0x0c,0x0e,0x14,0x10,0x24,0x10,0x44,0x10,0x84,0x11,0x0c,0x0e,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*2*/0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x04,0x08,0x04,0x08,0xfc,0x1f,0x04,0x00,0x04,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*1

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